高压富水地层盾构隧道联络通道冻结法施工时隧道结构的支护方式研究

论文摘要

本文以武汉长江公路隧道联络通道工程冻结法施工为背景,分别采用二维理论计算和三维数值模拟分析方法对高压富水地层联络通道冻结法施工时盾构隧道管片结构的支护方式进行了研究,目的是得出地层水土荷载和冻胀力作用F隧道管片结构的支撑力计算公式,从而更有效地对盾构隧道管片结构在联络通道冻结法开挖时进行支护。本文首先以盾构管片设计的修正惯用法计算理论为基础推导出冻结法施工时管片结构支撑力的简化计算公式,然后利用三维数值模拟计算的结果对二维理论分析得出的支撑力计算公式进行修正,最后得出修正的支撑管片结构的支撑反力计算公式。本文的主要研究内容如下:1.回顾了盾构隧道管片设计的主要方法和相关理论,总结了管片内力的分析方法,如惯用计算法、修正惯用法、多铰环法和梁-弹簧模型计算法等,最后利用方法原理推导并验证了地层水土荷载作用下的管片内力计算公式。2.二维理论计算时将衬砌管片开口段简化为开口圆环,推导出在地层水土荷载和冻胀力作用下能够考虑开口管片横截面上剪切作用的管片结构支撑力计算公式。3.对盾构隧道联络通道冻结法施工过程进行了三维数值模拟分析,得出了冻结法施工对隧道管片结构的影响和管片结构内支撑的支护作用。4.对开口衬砌管片横截面上剪力的大小、分布和支撑力的影响因素进行了分析研究,得出了修正的支撑力计算公式。通过以上这些研究工作,得到以下主要的结论:1.冻胀力对隧道管片结构的内力和变形有一定的影响,支撑力的大小与冻胀力和衬砌管片是否开口有关,冻胀力与支撑力近似满足线性关系。2.基于三维数值模拟分析和二维理论推导得出的支撑力计算公式能较为有效地进行隧道结构内支撑设计,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 人工地层冻结技术
• 1.2.2 人工地层冻结技术在地下工程施工中的进展
• 1.3 本文研究的目的及主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 本文的研究方法及技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 2 依托工程背景及冻结法施工方案
• 2.1 依托工程背景
• 2.1.1 工程概况
• 2.1.2 联络通道工程概况
• 2.1.3 地质条件及相关参数
• 2.2 联络通道冻结法施工方案
• 2.2.1 冻土帷幕结构的设计
• 2.2.2 主要冻结设备
• 2.2.3 冻结施工工序
• 2.2.4 施工安全保证措施
• 2.3 本章小结
• 3 盾构隧道衬砌管片内力计算方法
• 3.1 概述
• 3.2 衬砌管片计算荷载
• 3.2.1 计算荷载的确定
• 3.2.2 垂直土压力和水平土压力
• 3.2.3 地基抗力
• 3.3 衬砌管片环内力分析
• 3.4 本章小结
• 4 开口衬砌管片环内力分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算荷载的确定
• 4.2.1 冻胀压力
• 4.2.2 支撑反力
• 4.3 开口圆环内力分析
• 4.3.1 土层荷载作用下开口圆环的内力
• 4.3.2 冻胀力作用下开口圆环的内力
• 4.3.3 支撑力作用下开口圆环的内力
• 4.4 支撑力的计算公式
• 4.4.1 不考虑剪切作用时支撑力的计算公式
• 4.4.2 考虑剪切作用时支撑力的计算公式
• 4.5 结合工程实例的计算
• 4.5.1 相关参数及计算荷载
• 4.5.2 衬砌管片环内力计算
• 4.5.3 开口衬砌管片环内力计算
• 4.6 本章小结
• 5 冻结法施工对盾构隧道管片结构影响研究
• 5.1 引言
• 5.2 数值模拟分析
• 5.2.1 计算模型和相关参数
• 5.2.2 冻结法施工过程模拟
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 盾构隧道开挖过程
• 5.3.2 冻胀力施加对隧道结构的影响
• 5.3.3 支撑力对隧道结构的影响
• 5.4 本章小结
• 6 盾构隧道管片结构支撑内力分析
• 6.1 引言
• 6.2 管片结构支撑力计算方法
• 6.2.1 管片截面剪力的确定
• 6.2.2 支撑力的影响因素及计算公式
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文主要研究结论
• 7.2 未来工作的建议和展望
• 参考文献
• 学位论文数据集